Jak zjistit obsah fosfátů ve vodě?

Přírodní voda, která se používá pro autonomní zásobování vodou pomocí studní nebo vstupuje do městských centralizovaných vodovodních systémů, téměř nikdy nemá ideální složení. Obsahuje různé nečistoty: organické látky, jednotlivé chemické prvky a jejich různé sloučeniny.

Fosfáty jsou často přítomny ve vodě. Odkud v různých zdrojích pocházejí, proč jsou nebezpečné, jaký vliv mohou mít na lidský organismus? V tomto článku na našem webu budeme hovořit o důvodech výskytu fosfátů ve vodě, jejich možném poškození, metodách detekce a metodách odstraňování.

Fosfáty – co to je?

Fosfáty jsou anorganické sloučeniny prvku fosfor, konkrétně soli vznikající při reakci kyseliny ortofosforečné H ₃PO ₄ (nazývá se také fosfor) s různými kovy, například železem, hliníkem, draslíkem.

Molekuly kyseliny fosforečné mají speciální strukturu, díky které se tvoří různé fosfáty, které se liší strukturou, složením, stupněm rozpustnosti ve vodě a tepelnou stabilitou. Dihydrogenfosforečnany a hydrogenfosforečnany jsou tedy klasifikovány jako rozpustné. Horší je rozpustnost fosforečnanů.

Užitečné informace! Polyfosfáty za různých podmínek mají schopnost měnit své vlastnosti, jako je stabilita při zahřívání, stupeň rozpustnosti. Jedná se o sloučeniny, které jsou vysokoenergetickými lineárními polymery kyseliny ortofosforečné.

Zdroje fosforečnanů ve vodě

Jak se fosfáty objevují ve vodě? Existují různé zdroje znečištění:

• Zemědělství. Pro aktivní růst, normální vývoj a hojnou plodnost některých kulturních rostlin se používají fosforečná hnojiva. Z půdy pronikají fosforečnanové ionty do podzemních vod a jsou také částečně vyplavovány srážkami do blízkých vodních ploch.
• Polyfosfáty a ortofosfáty se přirozeně vyskytují v některých fosfátových horninách, jako jsou fosfority a apatity. Z nich se sloučeniny částečně vyplavují, erodují, pronikají do podzemních vod i do povrchových vod.
• Průmysl: potravinářský, chemický, hutnický. V těchto oblastech jsou sloučeniny fosforu široce používány, například polyfosfáty při přípravě potravinářských výrobků (uzeniny, sycené nápoje, sýry, pečivo), pro výrobu domácích pracích a čisticích prostředků, stejně jako výrobků pro změkčování nadměrně tvrdých potravin. voda, pro výrobu hnojiv, pro výrobu tavidel, freonů a pasivátorů, pro zpracování kovů. Odpadní vody z průmyslových podniků většinou končí ve vodních tocích a pokud nejsou odpady řádně zpracovány, silně znečišťují přírodní vodní zdroje.
• Antropogenním faktorem, který skrývá každodenní lidskou činnost, je aktivní používání domácích chemikálií (mycí prášky, prostředky na mytí nádobí) a používání přípravků obsahujících fosfor.
• Výchova v přírodním prostředí. Kyslík, fosfor a dusík jsou biogenní prvky, které se účastní biologických cyklů. Tyto látky jsou důležité, protože slouží jako účastníci procesů energetického metabolismu. Fosfor se do prostředí dostává při rozkladu rostlin, autolýze živočišných a rybích zbytků.

V přírodní vodě se koncentrace fosforečnanů může měnit s ročním obdobím. Také obsah závisí na typu nádrže. V mořských vodách se tedy mimo sezónu počet sloučenin snižuje a v létě a v zimě se zvyšuje. Ve sladkých vodách se všechno děje jinak. V létě a na jaře jsou koncentrace nižší, ale na podzim a v zimě se zvyšují.

Pokud má vodní zdroj hodnotu pH vyšší než 6,5, znamená to, že množství rozpuštěných iontů HPO ₄ -2 je asi 90 %. A tato forma anorganického fosforu je hlavní.

Normy

Jaké je normální množství fosforečnanů ve vodě? Maximální přípustné koncentrace, tj. MPC, závisí na účelu využití vodních zdrojů. Uvažujme několik případů udávajících maximální množství v mg/dm3, tedy miligramy na litr:

• Obsah fosforečnanů povolený normami v zařízeních pro pitnou, užitkovou a hospodářskou vodu je 3,5 mg/l ve smyslu fosforečnanových iontů. Tato voda je vhodná pro pitnou a potravinářskou výrobu. Obsah fosforu v tomto chemickém prvku nemůže být vyšší než 1,1.
• MPC ve vodě z vodovodu je 0,4.
• Maximální koncentrace fosforečnanů v přírodní vodě závisí na typu nádrže. Pokud se jedná o eutrofní, např. malý rybník s vysokou koncentrací organické hmoty, pak je pro něj norma 0,2 mg/l v přepočtu na fosfor. Pro mezotrofní nádrže, které zahrnují jezera s průměrným obsahem živin rozpuštěných látek, je MPC 0,15 miligramů na litr. Maximum pro oligotrofní typ nádrží s nízkou koncentrací organické hmoty je 0,04.
• Maximální přípustná koncentrace fosforečnanů pro rybářské nádrže je 0,2.
• Vratná voda vyčištěná po použití pro hospodářské nebo domácí účely a určená k opětovnému použití by neměla obsahovat více než 0,03 fosforečnanů.
• Celkový fosfor v odpadní vodě před čištěním by měl být přítomen v koncentraci nejvýše 12 miligramů na litr.

Jak zjistit, kolik fosfátových sloučenin je ve vodě?

Stanovení fosforu a jeho sloučenin vyžaduje laboratorní analýzu. I když je maximální limit koncentrace fosforečnanů v pitné vodě vyšší než norma, může to zůstat nepostřehnutelné. Organoleptické vlastnosti se v přítomnosti těchto látek prakticky nemění. Ale i když je voda navenek čistá a chutná normálně, je nutné prostudovat její složení.

Fosfor a jeho sloučeniny obsažené ve vodě lze detekovat při speciálních studiích vzorků, které jsou prováděny metodami založenými na vazbách fosforečnanů s kyselinami a zásadami a také na rozpustnosti látek v roztocích čpavku a ve vodném prostředí. Používají se následující metody analýzy:

• Kolorimetrické. Jeho podstatou je proces hydrolýzy polyfosfátů. V důsledku této reakce tvoří ortofosforečnany a při dalším zpracování pak tvoří sloučeniny s molybdenem, které mají modrý odstín. Tento barevný roztok se studuje – měří se vlnová délka. Ale s touto metodou se přesnost snižuje v přítomnosti křemičitanů, dusitanů a železa ve vodě. K neutralizaci jejich účinků se používají další činidla nebo se roztok ředí. Kolorimetrie vyžaduje mnoho času a úsilí, je pracná a drahá.
• Spektrofotometrická. Studie se provádí pomocí elektronických zařízení, která monitorují změny v průchodu světelných toků přes vzorky. Analýzy pomocí této metody se provádějí rychleji než u kolorimetrie a nevyžadují činidla.

Jsou fosfáty nebezpečné?

Mohou fosfáty ve vodě škodit? Pokud jsou jejich koncentrace v normálních mezích a samotné sloučeniny jsou přírodního původu, pak mohou být prospěšné. Příkladem je aktivace procesu eutrofizace přírodních suchozemských vodních útvarů, v důsledku čehož systémy vodního oběhu podléhají biologickému zanášení a obohacování živinami a minerály.

Fosfáty jsou také užitečné pro lidi. Obecně naše tělo obsahuje asi 1,16 % fosforu. Nachází se v kostní tkáni, buněčných membránách, nukleových kyselinách (RNA, DNA) a esterech glukózy. Organické fosfáty se podílejí na enzymatických reakcích, udržování stabilního pH krve, tvorbě některých sloučenin (ADP, ATP), biochemických procesech, metabolismu, přenosu energie, svalové kontrakce, biosyntéze.

Organické přírodní sloučeniny fosforu jsou schopny být vylučovány tělem nezávisle, pokud jsou v nadbytku. Ale umělé, syntetické fosfáty v pitné vodě mohou být škodlivé. Jejich negativní dopad na tělo může vést k následujícím důsledkům:

• Kalcifikace cév a žilních chlopní. Tento proces může časem způsobit kardiovaskulární onemocnění, narušit prokrvení tkání a zvýšit riziko infarktu myokardu.
• Patologie ledvin, například chronické nebo akutní selhání ledvin, které vede k tvorbě edému, narušuje metabolické procesy a v těžkých případech způsobuje smrt.
• Vyplavování vápníku z kostní tkáně. Kvůli tomu se snižuje hustota kostí a zvyšuje se riziko zlomenin.
• Urychlení procesu stárnutí organismu v důsledku poruchy metabolismu.
• Výskyt dermatologických onemocnění. Jsou doprovázeny suchou kůží, zarudnutím a podrážděním.
• Změny ve složení a vlastnostech krve: její kyselost, hladina hemoglobinu, sérum, obsah bílkovin.
• Změny normální acidobazické rovnováhy, metabolismus voda-sůl.

Při velmi vysokých koncentracích fosforu ve vodě je možná otrava doprovázená příznaky jako svalové křeče a křeče, dýchací potíže, zvýšená sekrece slin, potu a bronchiálního hlenu, prudký pokles krevního tlaku, ztráta vědomí, ochrnutí končetin, zvracení a průjem.

Syntetické fosfáty jsou také škodlivé pro vodní útvary. Látky v nich způsobují rychlou, nadměrnou eutrofizaci s nekontrolovaným růstem řas a množením sinic. Snižují obsah kyslíku ve vodě, způsobují smrt obyvatel rybníků a jezer a mění ekosystém.

Voda s fosfáty také poškozuje topná zařízení. Snižuje kvalitu a pevnost svarů karoserie, ovlivňuje tažnost kovů, vyvolává tvorbu trhlin, činí ocel křehkou a také vyvolává vznik usazenin nebo plaku.

Efektivní metody čištění vody od fosfátů, které obsahuje

Jak vyřešit problém znečištění vody fosfáty? Existují různé způsoby čištění:

• Reverzní osmóza. Filtry s reverzní osmózou jsou zařízení se speciální membránou, která má polopropustnou strukturu s drobnými póry. Mohou jimi projít pouze molekuly vody. A více než 99 % nečistot je zadrženo a odesláno do kanalizace.
• Iontová výměna. Iontoměničové filtry využívají pryskyřici – iontoměnič – která nahrazuje částice síranů nebo jiných sloučenin vodíkovými a sodnými ionty. Tato substituce normalizuje složení vody.
• Sorpční filtry. Aktivní uhlí se často používá jako filtrační materiál v kartuších nebo ve formě zátěží. Absorbuje fosfáty, organické látky a některé další látky.
• Komplexní instalace. V posledních dnech jsou populární a mohou zahrnovat sadu modulů: hrubé předběžné mechanické čištění, iontovou výměnu nebo reverzní osmózu, konečnou jemnou filtraci a někdy i mineralizaci.
• Fyzikálně-chemické čištění. Obvykle se používá pro zpracování velkých objemů odpadních vod a zahrnuje několik stupňů. Nejprve se provede filtrace, aby se odstranily suspendované malé částice, poté se zavedou koagulanty a někdy flokulanty. Takové látky vážou fosfáty, převádějí je do koloidní formy a vysrážejí se. Po koagulaci se aplikuje flotace nebo mechanické čištění. Další možností fyzikálně-chemického zpracování je elektrochemické, založené na použití elektrod a proudu.
• Biologická léčba. Jedná se o zavádění aktivovaného kalu do odpadních vod, který obsahuje anaerobní a aerobní bakterie využívající fosfáty pro své životní funkce. Takové mikroorganismy umístěné v živném substrátu spotřebovávají sloučeniny fosforu. Ty se mění na biomasu, která se uvolňuje z hlavního objemu vody.
• Kombinované metody. Mohou zahrnovat sled procesů, například chemickou koagulaci, biologickou úpravu, mechanickou filtraci.

Závěr

Čištění zjištěných fosfátů není snadný úkol a vyžaduje zodpovědný přístup. V posledních letech se kvalitě vody věnuje zvláštní pozornost, proto se vyvíjejí nové metody a zlepšují se staré.

Pro správnou volbu způsobu úpravy vody je důležité vzít v úvahu několik hlavních faktorů: oblast použití (ekonomika, zásobování pitnou vodou, průmysl), požadovaná kvalita čištěné vody, složitost údržby zařízení, její výkon a další body. Pokud se nemůžete rozhodnout, můžete využít pomoci specialistů.